CN113080849A - 一种智能床垫及其睡眠监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能床垫及其睡眠监测方法，智能床垫包括床垫、传感带、电路盒、用户终端、云端服务程序、云端数据库。电路盒包括处理电路、信号处理程序和硬件通信模块。用户终端包括用户终端通信模块和用户终端应用程序。传感带获得人体微动信号，发送给电路盒，电路盒与用户终端双向通信，用户终端还与云端服务程序交互。云端服务程序通过数据采集和计算处理实现睡眠监测。本发明利用多个传感器和多台用户终端，能够同时监测多人的睡眠状况，云端数据库能汇集众多被测者的数据，容易通过互联网实现异地查询睡眠数据；在智能化算法帮助下，本发明睡眠监测采集的数据准确有效，对睡眠质量的评估客观真实，改善睡眠的建议有参考意义。

Description

一种智能床垫及其睡眠监测方法

技术领域

本发明属于智能家居领域，尤其涉及一种智能床垫及其睡眠监测方法。

背景技术

睡眠是人类不可缺少的一种生理现象，睡眠伴随着多种生理活动，包括身体部分的微弱运动。尽管提高睡眠质量一直是人们追求的一个生活目标，但是受限于对睡眠过程的认知，目前缺乏受欢迎的有效监测手段，离达到这个目标尚有许多距离。虽然多导睡眠监测(PSG)仪能够获得比较准确的睡眠参数结果，但是需要在专门的实验室进行，使用复杂的设备，给被测者接上众多管线，不仅代价高昂，还给被测者的睡眠增加了额外限制，干扰了睡眠的自然状态。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的额不足，提供一种智能床垫及其睡眠监测方法。本发明在日常睡眠场景下，利用人体微动和云端服务实现对睡眠状态的监测。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种智能床垫，包括床垫、传感带、电路盒、用户终端、云端服务程序、云端数据库。电路盒包括处理电路、信号处理程序和硬件通信模块。用户终端包括用户终端通信模块和用户终端应用程序。

传感带安装于床垫上，位置在靠近心脏部位，传感带内有传感器，能感知人体微动，并转换成电信号。传感带与电路盒连接，传递电信号。

电路盒对接收到的电信号进行滤波、放大、AD转换、计算等处理，从电信号中分析提取人睡眠时的离床、翻身、打鼾、呼吸暂停、弱呼吸等事件，记取每分钟呼吸次数、心跳次数，得到呼吸率和心率，获得睡眠监测数据。

硬件通信模块与用户终端通信模块构成双向通信链路，实现电路盒与用户终端的交互。一方面，用户终端可以向电路盒发送运行参数、动作等指令。另一方面，电路盒可以向用户终端发送硬件状态、睡眠监测数据等。

通过用户终端的网络功能，用户终端通信模块与云端服务程序进行双向通信，并访问云端数据库。

运行用户终端中的用户终端应用程序，可以对睡眠状况作全面展示，包括；显示电路盒发送给用户终端的实时数据、显示一次睡眠监测的数据、显示一段时期内多次睡眠监测的汇总报告、显示对睡眠监测数据的评估、显示对用户睡眠行为的健康建议等。

同时，用户终端与云端服务程序交互，向云端服务程序发送当次睡眠监测得到的数据，并保存于云端数据库，也从云端数据库读取历史睡眠监测数据。

进一步地，硬件通信模块与用户终端通信模块的通信方式可以是蓝牙、WIFI、USB、串口或者其它无线、有线的通信方式。

进一步地，用户终端可以是智能手机、iPad、个人电脑等。

一种智能床垫的睡眠监测方法，实现于云端服务程序的睡眠监测方法包括数据采集和计算处理两方面。数据采集方面，云端服务程序接收来自用户终端的当次睡眠监测得到的数据以及服务请求，也向用户终端发送从云端数据库读取的历史睡眠监测数据。计算处理方面，对获取的睡眠监测实时数据进行分析处理，得知用户的当时状态、报告一次监测的睡眠过程、统计归纳多次监测的规律。

进一步地，智能计算处理过程，主要包括以下几个环节。

(1)云端服务程序采集保存来自用户终端7的当次睡眠监测得到的数据，包括呼吸率值、心率值、翻身动作、离床动作等。根据数据判断被测者当时的状态，并将被测者的状态反馈至用户终端，在用户终端上显示实时呼吸率、心率值和折线图，以及在床或下床、深睡/浅睡或清醒状态。

(2)根据从云端数据库读取的历史睡眠监测数据，在用户终端上做该次监测数据的全貌展示，包括展示该次监测的呼吸率图、心率图、翻身计数图、离床计数图等。

(3)评估计算，计算被测者该次睡眠监测的平均呼吸率、平均心率、在床总时间、浅睡眠时间、深睡眠时间、苏醒占时、入睡占时。借助智能算法，依据这些值计算得到在几个分项的扣分值，理想睡眠计为满分100，减去扣分值后，即为该次睡眠的得分值；依据在床总时间、浅睡眠时间、深睡眠时间等，计算得到睡眠效率值。在用户终端上显示这些数值。并且在用户终端上显示浅睡/深睡图，展现睡眠分段情况，比如这次监测共有几段深睡眠、几段浅睡眠以及每端睡眠的开始时间、结束时间等等。

(4)利用人工智能技术，对睡眠质量做出评语，给被测者提出改进睡眠的建议措施。依据睡眠得分给出评语，并且就几个扣分项做出针对性的具体点评。依据评语中指出的不足之处，给出改善睡眠质量的建议。

(5)汇总多次监测数据，统计分析较长时期的睡眠情况，显示各项数据的平均值，包括：平均得分、平均效率、平均在床总时间、平均浅睡眠时间、平均深睡眠时间、平均翻身计数、平均离床计数、平均心率、平均呼吸率。对各次监测的得分/效率、浅/深睡眠时间、平均心率/呼吸率用折线图显示。

本发明的有益效果是：

(1)本发明利用多个传感器和多台用户终端，能够同时监测多人的睡眠状况，云端数据库能汇集众多被测者的数据，容易通过互联网实现异地查询睡眠数据；

(2)在智能化算法帮助下，本发明睡眠监测采集的数据准确有效，对睡眠质量的评估客观真实，改善睡眠的建议有参考意义；

(3)本发明的传感器是非侵入式的，不直接接触人体，对睡眠无任何影响；

(4)本发明智能床垫的睡眠监测场景能与未来智能家居无缝衔接；

(5)本发明智能床垫安全、环保，采用低电压工作，能耗微小，非辐射，无挥发。

附图说明

图1是一种智能床垫及其睡眠监测方法总体构成示意图；

图2是用户终端接收的实时数据示意图；其中，图2a是实时监测的心率图；图2b是实时监测的呼吸率图以及实时状态；

图3是单次监测数据的全貌图；其中，图3a是单次监测的心率图；图3b是单次监测的呼吸率图；图3c是单次监测的翻身统计图；图3d是单次监测的离床统计图；

图4是一段时期内多次睡眠监测的汇总报告示意图；其中，图4a是单次监测的浅睡/深睡图；以及在床总时间、浅睡眠时间、深睡眠时间、苏醒占时、入睡占时，图4b是单次监测的睡眠得分、睡眠效率、平均心率、平均呼吸率；

图5是对睡眠监测数据的评估示意图；其中，图5a是对单次监测的睡眠质量评语；图5b是改进睡眠质量的建议；

图6是多次监测的统计结果示意图；其中，图6a是各项数据的平均值，图6b是多次监测的得分/效率统计图，图6c是浅/深睡眠统计图，图6d是平均心率/呼吸率统计图；

图中：床垫1、传感带2、硬件通信模块3、电路盒4、床架5、用户终端7、云端服务程序10、云端数据库11。

具体实施方式

本发明一种智能床垫及其睡眠监测方法，借助传感器，感知睡眠过程中的人体微弱体动，基于心动周期、呼吸波和体动等基本生理参数的睡眠结构分析，实现睡眠中各项生理参数的检测与健康评估，支持云端数据处理、存储和管理，便利手机APP随时随地查看。能够显示监测的实时数据和实时状态，事后展现单次监测的数据全貌，并且借助智能算法，对单次监测评估打分，获得深睡眠、浅睡眠分布，对睡眠质量做出评语，给被测者提出改进睡眠的建议措施。监测过程不对被测者的睡眠自然状态产生干扰，容易实施监测，获得自然真实的结果，事后的评估真实客观，能有效帮助人们提高睡眠质量。本发明中的床垫与平常床垫一样卫生、舒适、环保，使用简便，在具备睡眠监测功能的同时，不给睡眠者带来不适感，不对睡眠造成影响。

下面以某一种实施形式为例，结合图1至图6进一步说明本发明。

如图1所示，一种智能床垫，包括床垫1、传感带2、电路盒4、床架5、用户终端7、云端服务程序10和云端数据库11。用户终端7内置用户终端通信模块和用户终端应用程序(APP)，电路盒4内置硬件通信模块3、处理电路和信号处理程序。传感带2内置压电传感器，能感知人体微动，并转换成电信号。软件程序(用户终端应用程序和信号处理程序)根据睡眠监测方法编写。

床垫1搁置在床架5上。

传感带2安装于床垫1上，位置在人躺下时的肩膀靠近心脏部位；可以在安装有传感带2的床垫1上覆盖床单等，就像使用平常床垫那样，以提高使用者的舒适度。

电路盒4安装在床垫侧面；传感带2压电传感器与电路盒4处理电路连接，传递电信号。

电路盒4信号处理程序对接收到的电信号依次进行滤波、放大、AD转换、计算等处理，从电信号中分析提取人睡眠时的离床、翻身、打鼾、呼吸暂停、弱呼吸等事件，记录每分钟呼吸次数、心跳次数，得到呼吸率和心率，获得睡眠监测实时数据。

电路盒4硬件通信模块3与用户终端通信模块构成双向通信链路，实现电路盒4与用户终端7的交互。一方面，用户终端7可以向电路盒4发送运行参数、动作等指令。另一方面，电路盒4可以向用户终端7发送硬件状态、睡眠监测数据等。硬件通信模块3与用户终端通信模块的通信方式可以是蓝牙、WIFI、USB、串口或者其它无线、有线的通信方式。本实施例中，硬件通信模块3与用户终端通信模块的通信方式是蓝牙。

本实施例中用户终端7为智能手机，还可以是iPad、个人电脑等。通过用户终端7的网络功能，用户终端通信模块与云端服务程序10进行双向通信，并访问云端数据库11。

运行用户终端应用程序，可以对睡眠状况作全面展示，包括：显示电路盒4发送给用户终端7的实时数据，如图2；显示一次睡眠监测的数据，如图3；显示一段时期内多次睡眠监测的汇总报告，如图4；显示对睡眠监测数据的评估，如图5；显示对用户睡眠行为的健康建议等，如图6。

同时，用户终端7与云端服务程序10交互，向云端服务程序10发送当次睡眠监测得到的数据，并保存于云端数据库11，也从云端数据库11读取历史睡眠监测数据。

云端服务程序10的功能包括数据采集和计算处理两方面，实现睡眠监测。数据采集方面，云端服务程序10接收来自用户终端7的当次睡眠监测得到的数据以及服务请求，也向用户终端7发送从云端数据库11读取的历史睡眠监测数据。计算处理方面，对获取的睡眠监测实时数据进行分析处理，得知用户的当时状态、报告一次监测的睡眠过程、统计归纳多次监测的规律。

智能计算处理过程，主要包括以下几个环节。

(1)云端服务程序10采集并保存来自用户终端7的当次睡眠监测得到的数据，包括呼吸率值、心率值、翻身动作、离床动作等。根据数据判断被测者当时的状态，并将被测者的状态反馈至用户终端7，在用户终端7上显示实时呼吸率、心率值和折线图，以及在床或下床、深睡/浅睡或清醒状态，如图2。

(2)根据从云端数据库11读取的历史睡眠监测数据，在用户终端7上做该历史睡眠监测数据的全貌展示，包括呼吸率图、心率图、翻身计数图、离床计数图等，如图3。

(3)评估计算，计算步骤(2)读取的被测者历史睡眠睡眠监测的平均呼吸率、平均心率、在床总时间、浅睡眠时间、深睡眠时间、苏醒占时、入睡占时；再依据这些值借助智能算法，计算得到对应每项的扣分值，理想睡眠计为满分100，减去扣分值后，即为该历史睡眠的得分值；依据在床总时间、浅睡眠时间、深睡眠时间等，计算得到睡眠效率值。在用户终端7上显示这些数值和浅睡/深睡图，展现睡眠分段情况，比如这次历史睡眠监测共有几段深睡眠、几段浅睡眠以及每段睡眠的开始时间、结束时间等，如图4所示。

(4)利用人工智能技术，对睡眠质量做出评语，给被测者提出改进睡眠的建议措施。依据睡眠得分给出评语，并且就几个扣分项做出针对性的具体点评，如图5a。依据评语中指出的不足之处，给出改善睡眠质量的建议，如图5b。

(5)汇总多次监测数据，统计分析较长时期的睡眠情况，显示各项数据的平均值，包括：平均得分、平均效率、平均在床总时间、平均浅睡眠时间、平均深睡眠时间、平均翻身计数、平均离床计数、平均心率、平均呼吸率，如图6a。对各次监测的得分/效率、浅/深睡眠时间、平均心率/呼吸率用折线图显示，如图6b、图6c、图6d。

本说明书中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种智能床垫，其特征在于，包括床垫、传感带、电路盒、用户终端、云端服务程序、云端数据库。电路盒包括处理电路、信号处理程序和硬件通信模块。用户终端包括用户终端通信模块和用户终端应用程序。

传感带安装于床垫上，位置在靠近心脏部位，传感带内有传感器，能感知人体微动，并转换成电信号。传感带与电路盒连接，传递电信号。

电路盒对接收到的电信号进行滤波、放大、AD转换、计算等处理，从电信号中分析提取人睡眠时的离床、翻身、打鼾、呼吸暂停、弱呼吸等事件，记取每分钟呼吸次数、心跳次数，得到呼吸率和心率，获得睡眠监测数据。

硬件通信模块与用户终端通信模块构成双向通信链路，实现电路盒与用户终端的交互。一方面，用户终端可以向电路盒发送运行参数、动作等指令。另一方面，电路盒可以向用户终端发送硬件状态、睡眠监测数据等。

通过用户终端的网络功能，用户终端通信模块与云端服务程序进行双向通信，并访问云端数据库。

运行用户终端中的用户终端应用程序，可以对睡眠状况作全面展示，包括；显示电路盒发送给用户终端的实时数据、显示一次睡眠监测的数据、显示一段时期内多次睡眠监测的汇总报告、显示对睡眠监测数据的评估、显示对用户睡眠行为的健康建议等。

同时，用户终端与云端服务程序交互，向云端服务程序发送当次睡眠监测得到的数据，并保存于云端数据库，也从云端数据库读取历史睡眠监测数据。

2.根据权利要求1所述智能床垫，其特征在于，硬件通信模块与用户终端通信模块的通信方式可以是蓝牙、WIFI、USB、串口或者其它无线、有线的通信方式。

3.根据权利要求1所述智能床垫，其特征在于，用户终端可以是智能手机、iPad、个人电脑等。

4.一种基于权利要求1所述智能床垫的睡眠监测方法，其特征在于，实现于云端服务程序的睡眠监测方法包括数据采集和计算处理两方面。数据采集方面，云端服务程序接收来自用户终端的当次睡眠监测得到的数据以及服务请求，也向用户终端发送从云端数据库读取的历史睡眠监测数据。计算处理方面，对获取的睡眠监测实时数据进行分析处理，得知用户的当时状态、报告一次监测的睡眠过程、统计归纳多次监测的规律。

5.根据权利要求4所述睡眠监测方法，其特征在于，智能计算处理过程，主要包括以下几个环节。

(1)云端服务程序采集保存来自用户终端7的当次睡眠监测得到的数据，包括呼吸率值、心率值、翻身动作、离床动作等。根据数据判断被测者当时的状态，并将被测者的状态反馈至用户终端，在用户终端上显示实时呼吸率、心率值和折线图，以及在床或下床、深睡/浅睡或清醒状态。

(2)根据从云端数据库读取的历史睡眠监测数据，在用户终端上做该次监测数据的全貌展示，包括展示该次监测的呼吸率图、心率图、翻身计数图、离床计数图等。

(3)评估计算，计算被测者该次睡眠监测的平均呼吸率、平均心率、在床总时间、浅睡眠时间、深睡眠时间、苏醒占时、入睡占时。借助智能算法，依据这些值计算得到在几个分项的扣分值，理想睡眠计为满分100，减去扣分值后，即为该次睡眠的得分值；依据在床总时间、浅睡眠时间、深睡眠时间等，计算得到睡眠效率值。在用户终端上显示这些数值。并且在用户终端上显示浅睡/深睡图，展现睡眠分段情况，比如这次监测共有几段深睡眠、几段浅睡眠以及每端睡眠的开始时间、结束时间等等。

(4)利用人工智能技术，对睡眠质量做出评语，给被测者提出改进睡眠的建议措施。依据睡眠得分给出评语，并且就几个扣分项做出针对性的具体点评。依据评语中指出的不足之处，给出改善睡眠质量的建议。

(5)汇总多次监测数据，统计分析较长时期的睡眠情况，显示各项数据的平均值，包括：平均得分、平均效率、平均在床总时间、平均浅睡眠时间、平均深睡眠时间、平均翻身计数、平均离床计数、平均心率、平均呼吸率。对各次监测的得分/效率、浅/深睡眠时间、平均心率/呼吸率用折线图显示。

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